吳建華 何 丁

（1.山東方亞地源熱泵空調(diào)技術(shù)有限公司，山東 濟南 250014；2.山東大衛(wèi)國際建筑設(shè)計有限公司，山東 濟南 250014）

節(jié)能和環(huán)保問題一直是社會關(guān)注的焦點，尋找節(jié)能環(huán)保的新能源是社會亟需解決的問題。地源熱泵既是一種基于太陽能進行能量轉(zhuǎn)換的供暖制冷系統(tǒng)，又是一種可再生的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。與樁基結(jié)合形成的樁基地埋管地源熱泵系統(tǒng)是一種新型的地源熱泵系統(tǒng)，有明顯的優(yōu)點，探討與樁基結(jié)合的地源熱泵地埋管施工技術(shù)的實際應(yīng)用，是本文研究的重點。

1 樁基地埋管型地源熱泵系統(tǒng)的基本理論

樁基地埋管是地源熱泵系統(tǒng)中垂直地埋管形式的一種，又稱為能量樁基，其施工工藝是將嵌套地下?lián)Q熱器和建筑物樁基，并在空心預(yù)制管樁或鉆孔灌注樁內(nèi)鋪設(shè)換熱器，以為熱泵機組提供冷熱源的工藝。Nagelebau公司于1980年在澳大利亞首次使用樁基地埋管地源熱泵系統(tǒng)，系統(tǒng)構(gòu)成有墊層內(nèi)水平集管、樁基內(nèi)垂直換熱器、集分水器。在地下?lián)Q熱器安裝中， 將其與建筑樁基嵌套，即在地下連續(xù)墻、混凝土灌注樁、預(yù)制管樁內(nèi)鋪設(shè)螺旋型換熱管， U型換熱管能節(jié)能鉆孔這道工序，大大節(jié)省了施工費用，以充分利用建筑物底板下的面積。樁基地埋管型地源熱泵系統(tǒng)的形式按鋪設(shè)形狀分為U型、螺旋型，按樁基的制作形式可以分為混凝土灌注樁和預(yù)制管樁。

圖1 樁基地埋管的連接方式

樁基地埋管地型地源熱泵系統(tǒng)具有以下特點：

①不占建筑物以外的土地面積，節(jié)約地下空間。

②節(jié)省了埋管和鉆孔的額外成本，有利于工程施工進度的加快。

③樁與地埋管、樁與土地的緊密接觸，能有效減少接觸熱阻，提高了土地土壤與循環(huán)工質(zhì)的傳熱性能。

④地下?lián)Q熱器的施工情況更為穩(wěn)定，主要因樁基的間距大，使得U型換熱管的相互熱影響趨近零。

⑤該類型地源熱泵系統(tǒng)的回填材料一般是水泥，具有較強的導(dǎo)熱性能，使得其換熱效果更優(yōu)。此外，樁基埋管型地源熱泵系統(tǒng)的連接方式如圖1所示。

2 樁基地埋管技術(shù)在地源熱泵施工中的應(yīng)用

地埋管施工是地源熱泵施工工程的重要組成部分，其施工技術(shù)和工藝的優(yōu)劣直接關(guān)系著地源熱泵工程施工質(zhì)量的高低，影響了地源熱泵系統(tǒng)的正常運行。與樁基結(jié)合的地源熱泵地埋管施工技術(shù)是當(dāng)前較為科學(xué)的施工技術(shù)，強化其在地源熱泵工程施工中的科學(xué)應(yīng)用是勢在必行的。本文以具體的工程案例為切入點，探討了樁基地埋管技術(shù)在地源熱泵施工中的應(yīng)用。

2.1 工程的基本概況

該工程的建筑面積為3224m2，高度為18m，共6層，其夏季空調(diào)總冷負荷為72253W，冬季空調(diào)總熱負荷為42345W?；诠?jié)能環(huán)保的理念，工程選用的熱泵機組是由1臺42kW制熱量、32kW制冷量的帶有兩個不同溫度循環(huán)環(huán)路組成，換熱形式為能量樁基。該機組能在夏季提供18℃-21℃的冷凍水，在冬季提供30℃-35℃的取暖水。該工程的土質(zhì)蓄熱和傳熱性能較好，土壤的濕度較大，地下水位較高。

2.2 施工準備

埋管形式選擇垂直埋管，因該形式的換熱性能好、用地面積小，將嵌套垂直埋管和建筑物樁基。整個地埋管系統(tǒng)由43根能量樁基組成，每根樁基是3U型垂直管，其深度為30m，用水平橫管來連接垂直管，然后將垂直管安裝在灌注樁內(nèi)。整個施工準備階段都要與土建單位密切聯(lián)系，以確保安裝準確。同時，在灌注樁內(nèi)要安裝垂直部分的PE管，安裝的成功率和精準率都要做到完美，加強施工中的管道保護。在工期較緊的情況下，安裝和土建單位需要提高施工質(zhì)量，嚴格抓好材料供應(yīng)等施工準備工作，利用專業(yè)化施工及現(xiàn)場預(yù)制等手段保證工程的各個環(huán)節(jié)都能按時按質(zhì)的完成。

2.3 施工實踐

樁基地埋管的地源熱泵工程施工對地埋管的施工技術(shù)、施工工序、質(zhì)量檢測等方面的要求都較高，難度也大。在該工程樁基直徑為600mm情況下，且在施工中可能出現(xiàn)配合失誤等影響施工質(zhì)量和安全的因素，如電焊時損傷PE管、導(dǎo)漿管上下抽動等，本次施工的最終防范為利用PE管隨鋼筋籠綁扎下井，施工的具體實踐如下。

（1）綁扎PE管

施工人員對PE管的第一次試壓時的壓力控制在1.2MPa，綁扎的合格條件是持續(xù)穩(wěn)定試壓15分鐘后，壓漿≤3%，且未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。確定合格后將PE管切成10m一段的規(guī)格，并綁扎在8M長的鋼筋籠內(nèi)，中間鋼筋籠的兩端和第一截鋼筋籠的上部都要預(yù)留1m長度以備后續(xù)熔接。綁扎的材料選用長尼龍扎帶（25m），每次綁扎之間的距離最好控制在50cm。

（2）熔接PE管

施工人員先將綁扎好的第一截PE管進行熔接，制成U型管，然后開始第二次試壓，試壓的壓力控制在1.2MPa，熔接的合格條件是持續(xù)穩(wěn)定試壓15分鐘后，壓漿≤3%，且未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。確保熔接合格后放下第一截鋼筋籠，為了防止在第二截鋼筋籠焊接前可能因電焊穩(wěn)定過高或有火花飛濺損傷PE管，施工人員要事先對橡塑保溫套管套住PE管，起到保護作用。之后，開始熔接鋼筋籠下井PE管，焊接兩截鋼筋籠后，將PE管上的橡塑保溫套去除，進行焊接，按序放下幾截鋼筋籠重復(fù)上述施工步驟進行熔接。

（3）混凝土灌注

將所有鋼筋籠下井后，施工人員要謹慎放入混凝土導(dǎo)漿管，并灌入混凝土。結(jié)束灌注后，進行第三次試壓，試壓的壓力控制在0.6MPa，灌注合格的條件為持續(xù)穩(wěn)定試壓半小時后，壓漿≤3%。確認合格后，如果無壓降且PE管完好無損情況下可溶解管帽密封，并綁扎以備后用。

（4）混凝土截樁

截樁的首要條件是灌注樁的強度符合要求，施工人員在截樁時要小心謹慎截斷PE管，切忌過度拉扯。開挖土方時要先告知機械施工人員要注意地下的地?zé)峁?，防止損傷地?zé)峁堋＝貥督Y(jié)束后，進行第四次試壓，試壓的控制要控制在0.6MPa，合格條件為持續(xù)穩(wěn)定試壓1h后，壓漿≤3%。

（5）橫埋連接PE管和測試系統(tǒng)強度

施工人員要在大底板一下開始挖掘橫埋溝，并在其底部鋪設(shè)黃沙，黃沙鋪設(shè)完成后，置入橫埋管，并將橫埋管與樁基內(nèi)的PE管連接。連接完成后進行第五次試壓，試壓的壓力控制在0.6MPa，連接的合格條件為持續(xù)穩(wěn)定試壓半小時后，壓漿≤3%。確認合格后進行保壓，并澆筑混凝土承臺。施工人員應(yīng)該采用鋼管來保護PE管彎頭和熔接處，以免因承臺過大而壓壞PE管的熔接處。

2.4 施工注意要點

樁基地埋管地源熱泵施工的要點體現(xiàn)在現(xiàn)場檢驗和水壓試驗兩方面?，F(xiàn)場檢驗方面，要確保使用的管件、管材等施工材料符合國家現(xiàn)行標準規(guī)定；水平埋管、鉆孔的深入和位置，地埋管的壁厚、直徑、長度，回填料及配比要符合設(shè)計標準；防腐劑和防凍劑的含量和特性要符合設(shè)計要求；各環(huán)路流量要平衡、試壓實驗要合格，且兩項標準和符合設(shè)計要求；凈水溫差和出水未查、循環(huán)水流量要符合設(shè)計標準。水壓試驗方面，水壓的控制與工作壓力相關(guān)，當(dāng)工作壓力≤10MPa時，水壓要＜0.6MPa，且為工作壓力的1.5倍；當(dāng)工作壓力＞1.0MPa時，水壓要在工作壓力的基礎(chǔ)上加0.5MPa。

結(jié)語

總之，隨著地下水熱泵工程技術(shù)的不斷規(guī)范和發(fā)展，對節(jié)能環(huán)保型的地埋管技術(shù)需求越來越大。樁基地埋管地源熱泵系統(tǒng)與其他地源熱泵系統(tǒng)相比，具有投資成本低、地面面積使用少、施工進度快等特點，地下?lián)Q熱器的工況也較為穩(wěn)定。利用該技術(shù)進行施工，施工人員和安裝人員要加強交流和溝通，提高雙方配合度，避免因交叉施工造成的不必要損失。因此，將樁基地埋管技術(shù)應(yīng)用到地源熱泵系統(tǒng)的施工中，有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

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